Miután néztem néhány hangyát a kertemben, majd megnéztem ezt a nagyon megvilágító bemutatót , Azon gondolkodtam, hogy mit fognak látni. Nem kifejezetten hangyák (értem, hogy látásuk elég gyenge), hanem hasonlóan kicsi, vagy akár kisebb lények.
Azt hiszem, többet kérdezek a fény természetéről és arról, hogy a fotonok miként tükröződnek le a nagyon kicsi felületekről. . Egy nagyon kicsi lény, például mondjuk egy hangya, látással képes lenne látni valami olyan kicsi dolgot, mint egyetlen e. Coli baktérium vagy vírus? A világuk ugyanúgy “nézne ki”, mint a miénk, vagy a nézők rokonai A méret befolyásolhatja észlelésük minőségét?
És ha túlmutatnám magam a baktérium nagyságáig, láthatnám az atomokat a valóságon kívül is?
Megjegyzések
- A természet egyik szerencsétlen törvénye, hogy a részletek megtekintéséhez óhatatlanul nagyobb és összetettebb optikára van szükség.
- @MartinBeckett Ez igaz az optikára, amely látja a távoli mezőt , de ha beleszámítja az elenyésző mezőt, akkor a lehetőségek teljesen megváltoznak. Lásd a válaszomat.
- Sam, csodálatosan ötletes q uestion egyébként. És nem hiszem, hogy ‘ nem hiszem, hogy ‘ olyan egyszerű, hogy jobban lássam, nagyobbra van szüksége.
Válasz
A másik válasz arra a hatásra, hogy a nagy részletek megtekintéséhez nagy optikára van szükség, igazak a hagyományos képalkotó optikákra, amelyek érzékelik a elektromágneses farfield vagy sugárzó mező ie , amelynek Fourier-komponense a $ \ omega $ frekvencián a síkhullámok lineáris szuperpozíciójaként reprezentálható valós értékű hullámvektorokkal $ (k_x , \, k_y, \, k_z) $ és $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. Ez az a fajta mező, amelyre az Abbe diffrakciós határ vonatkozik, és korlátozza azokat a “szemeket”, mint amilyenek a miénk, képalkotó optikát és retinákat tartalmaznak, vagy akár összetett szemek, mint például a egy hangya.
Ez azonban nem az egész elektromágneses mező: nagyon közel a vele kölcsönhatásba lépő tárgyakhoz, az elektromágneses mező magában foglalja a közeli vagy evaneszcens mező komponenseket . Ezek általánosított síkhullámok, amelyek esetében:
-
A hullámvektor összetevője bizonyos irányban $ k_ \ párhuzamos $ nagyobb, mint a $ k $ hullámszám és így kódolhatja a hullámhossznál potenciálisan jóval kisebb térbeli variációkat;
-
A $ k_ \ perp $ hullámvektor komponensének, amely merőleges erre az irányra, képzeletbeli , hogy $ k_ \ párhuzamos ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $ teljesülhessen.
Tehát az ilyen mezők exponenciálisan bomlanak le attól a távolságtól, hogy az elektromágneses mező zavarja őket, és így általában nem tudnak hozzájárulni egy képalkotó rendszer által alkotott képhez.
Ha azonban a képérzékelőket elég közel tudja hozni a zavarhoz, akkor is regisztrálhatja a hullámhossznál finomabb elenyésző alkatrészekben kódolt részleteket. Ez az alapelve a Nearfield optikai mikroszkóp beolvasásának .
A közeli optikai mikroszkóp érzékelője valóban rendkívül kicsi lehet, így egy baktérium méretű életforma néhány molekula felépítésű receptorokkal regisztrálhatta a hullámhossz alatti részleteket a körülötte lévő világban, mindaddig, amíg az életforma elég közel volt a kérdéses részlethez. Ne feledje, hogy amikor $ k_ \ parallel > k $, akkor a mezők úgy romlanak, mint az $ exp (- \ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z) $, növekvő távolsággal $ z $ a forrásaikból. Tehát van egy kompromisszum között, hogy egy hullámhossznál finomabbat láthatunk-e egy ilyen érzékelővel, és milyen közel kell állnunk ahhoz a forráshoz, hogy lássuk. Ha a látható fény hullámhosszának tizedét szeretnénk látni, akkor $ k \ kb. 12 {\ rm \ mu m ^ {- 1}} $ és $ k_ \ párhuzamos \ kb. 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, így a közeli mező amplitúdója $ e $ tényezővel bomlik minden detektálandó hullámhossz százada után. Így a detektort és a forrást elválasztó hullámhossz-távolság minden századik részéhez körülbelül 10dB jel / zaj arány veszít. Tehát az ilyen finom részletek (50 nm struktúrák) mikronból történő érzékeléséhez rendkívül erős fényforrásokra lenne szükség, hogy az érzékelők nagyon tiszta jelet kapjanak.
Természetesen a fentiek rendkívüli példa, de Ha egy baktérium méretű életforma közvetlenül érzékeli a mezőt egy finom elrendezésű molekulaszenzorok segítségével, akkor a szomszédságában jól láthatja a Világ hullámhossz alatti jellemzőit. Ezenkívül elképzelhető egy apró lény “megérzi” a szomszédságát molekuláris atomi erő mikroszkópokkal .
Tehát, igen, ha beleszámít minden fizikát, és figyelembe veszi azt a kikötést, hogy valóban közel kell érnie az érzékelt tárgyakhoz, akkor lehetséges, hogy egy baktérium méretű életforma a hullámhossz alatti részleteket láthassa a közvetlen közelében szomszédság, talán még egyes atomok is, ha az atomerőérzékelést beleszámítjuk.
Természetesen egy másik kérdés lehet az összes jelfeldolgozó „agy” bepakolása az életformába, amely szükséges ezen információk megértéséhez.
Válasz
A hangyáknak csak alacsony felbontású szemük van, eltekintve három okellitől – egyszerű szemtől -, amelyek csak az általános fényszintet és a polarizációt érzékelik, lásd
Képességük látni a részleteket – apró tárgyakat és jellemzőiket – sokkal rosszabb, mint a hozzánk hasonló gerinceseknél. Annak felvetése, hogy az állatok – különösen olyan primitív állatok, mint a hangyák – baktériumokat láthatnak, eleve utólagos.
A látható fény hullámhossza körülbelül fél mikron – ami sok baktérium méretének is megfelel. Tehát a látható fény mellett semmit sem láthat a baktériumok belsejében, még a legmodernebb technológiával sem. A részletesebb objektumok megtekintéséhez át kell kapcsolnia röntgensugarakra vagy elektronokra, és jobb mikroszkópokat kell létrehoznia.
Még irreálisabb azt javasolni, hogy egy – vagy akár egy hangya – láthasson egy atomot (ami 10 000-szer kisebb, mint egy baktérium) a látható fény révén.
Nem lehet csak méretezni és lefelé. Azt mondjuk, hogy a világ nem invariáns a skála-átalakítások alatt. A különböző hosszúságú skálák különböző fizikai jelenségeket és különböző fizikai objektumokat látnak. Egy adott fajta atom mindig azonos méretű, és nem lehet méretezni. Sőt, még a méretezést sem tette meg megfelelően, mert nem méretezte a fény hullámhosszát. Ezenkívül a részletes felbontású látáshoz “elég nagy áramkörökre” van szükség az információk kezeléséhez stb.
Ez egyébként még a gyorsítókra is érvényes. Az LHC a legjobb “mikroszkópunk”, amely képes látni a $ 10 ^ {- 19} $ méternél rövidebb távolságokat, de ehhez alagutakra van szükség a legjobb 27 m hosszú mágnesekkel. Az olyan kicsi tárgyak, mint a hangyák, nem láthatók ezzel a jó felbontással, és ha tudnák is, nem tudnának megbirkózni azzal a hatalmas információmennyiséggel, amelyet a szemük adna nekik.
Elég nagy állatok – például emlősök – hasonlóan látjuk a világot, mint mi. Jól ismert különbségek vannak a színek között, amelyekre a különböző emlősök érzékenyek. A kutyák például részben színvakok, ahhoz képest, amit tehetünk.
Megjegyzések
- A kérdező a kérdésben kifejezetten kijelentette, hogy a hangyák látása csak metafora volt, és kérdése a fény természetéről szólt. Nem ” nevetséges ” nem javasolja a kérdést, mivel úgy érezte, hogy többször kell nyilatkoznia. Nevetséges, ha a fórum újoncait kérdezősködik, ahogy ezt tetted velem egy pillanattal ezelőtt (a link következik), és ennek a kérdezőnek az imént.
- Kedves Olhovsky, ‘ nincs igazad – vagy mi az, amit ‘ mondasz: div id = “df01befa05”>
téved, anélkül, hogy megkínozná. 😉 Az az elképzelés, hogy baktériumokat vagy atomokat lehet látni, főleg és pontosan nevetséges, mert ellentmond a fény alapvető természetének, nevezetesen annak, hogy hullámokból áll. Bármely metaforát használhatunk, de a végén a fizika olyan tartalommal rendelkezik, amely nem metafora. Az én országomban, amely nem áll az élvonalban, azt a tényt, hogy a fény hullámokból áll, az alapiskolákban tanítják, ezért fenntartom a jogot arra, hogy azt mondjam, hogy az emberek, akik nem ismerik ezt a pontot, hiányoznak bizonyos alapfokú oktatásból.
Válasz
A hangyavilágot sokkal inkább a kémiai vétel és a feromonok rendezik, mint a látás . A hangyák olyan vegyi anyagokat állítanak elő, amelyek jelként működnek. Más vegyi anyagokat is érzékelnek a környezetükben, és amit „szuper organizmusnak” lehet nevezni, van néhány kollektív térképük, kémiai térképük a lakott terepről. elég kicsiek. Többnyire céljuk a fényszint hirtelen változásainak érzékelése. A hangya, amely ilyet észlel, jelet kap, hogy valamilyen ragadozó lehet jelen, ezért rendben van onnan kijutni.
A baceteria egyes fajainak fotoaktív opszinmolekulái vannak. Tehát a fotonok befogadása megváltoztathatja a molekuláris út aktivitását. A szemünkben vagy a retinában található rodopszin molekulának két konform állapot van a foton vételére és nem vételére. A foton energiája megváltoztatja a molekula alakját, ez pedig egy GTP molekuláris útvonalat indít el, amely végül neurális akciós potenciálsá erősödik. A rodopszin az opszinmolekulák egyik formája, amelyek általános besorolásukban egyes baktériumoknál is átfedésben vannak a fotoszintetikus molekulákkal. A bacillusok azonban semmiféle képet nem alkotnak.
Ahhoz, hogy egy bacillus atomot „lásson”, gamma-sugarak észlelésére van szükség. A gammasugarak nagyrészt kívül esnek a biológiai rendszerek számára elérhető EM spektrumon. Valójában halálosak.
Megjegyzések
- Úgy látom, még egyszer leépítették :).
- I ‘ ve egyesítette a fiók (ok) két példányát. Jelölheti a moderátor figyelmét, amikor ez megtörténik.
Válasz
A fény funkcióját illetően: Igen, méretezhet (egy pontra). Dolgoztam egy ASIC-en (Application Specific Integrated Circuit), amely 8 mikronos eljárást használt (Cro-magnon a mai szabvány szerint). Nem láttam ezeknek az áramköröknek a részleteit a késztermékben (túl kicsi), DE alapvetően (nagyban leegyszerűsítem) a fény által előállított, apró fotós képeivel (a látható fény tartományán kívül). Másképp szólva: a fényből elérhető felbontható részletek messze vannak, FAR finomabbak, mint a nem segített emberi szem láthatja.
A biológusok azt állítják, hogy a sasok körülbelül tízszer élesebb részleteket láthatnak, mint egy ember (és a sas szeme észrevehetően kisebb, mint az emberi szem).
Amit én nem ” Nem tudom, hogy a szem fizikai mérete korlátozza-e a részleteket. Nem látok okot arra, hogy miért ne lehetne kicsinyíteni … WAY down. De nem vagyok biológus és (szerencsére) nem hangya. Érdekes lenne megtudni, hol végződnek a legkisebb szemgolyók, és hol vesznek át más látókészülékek.
Tehát egy érdekes töréspontot mutat be az a példája, hogy eljutott oda, ahol láthatta a baktériumokat: probléma egy baktérium (kb. 1000 nm méretű) látásával az UV (az ember számára látható) felső végén, a hullámhossz kb. 400 nm. De a részletek nyilvánvalóan kissé homályosak lennének. A baktérium homályos foltként jelenik meg, és egyetlen szemüveg sem segítene. A modern optikai mikroszkópok elméleti határa a részletek megoldására 200 nm (550 nm-es “zöld” fény használatával).